Der Diederwinkel, auch Dihedralwinkel, ist der Winkel α den die beiden von RCC und CCR' aufgespannten Ebenen wie in untenstehender Abbildung dargestellt zueinander einnehmen.
Sind die beiden Kohlenstoffatome durch eine Einfachbindung, auch σ-Bindung genannt, verbunden und nicht in einem cyclischen Molekül arretiert kann der Diederwinkel kontinuierlich alle Werte von 0° bis 180° annehmen. Aufgrund von abstoßenden Wechselwirkungen der Substituenten R und R' ist in der Regel ein Winkel von α=180° (trans, s.u.) am günstigsten. Die Tatsache, dass viele Zucker unerwarteterweise einen Diederwinkel von a=120° bevorzugen, wird dem anomeren Effekt zugeschrieben. Die mit der Drehung um die Bindung variierende Enthalpie des Moleküls kann durch eine spezielle Funktion angenähert werden:
E: Torsionsenergie
A,B,C: Skalierungsfaktoren
α: Diederwinkel
Die sich ergebende Potentialkurve sei zur Illustration unten abgebildet.
Im Falle des Ethans werden A und B Null wodurch die Gleichung in das Pitzer-Potential übergeht. Die Rotationsbarrieren liegen in der Regel bei wenigen kJ/mol. Dies bedeutet, daß immer ein kleiner Teil (<20%) der Moleküle einen Diederwinkel von α=0°aufweisen. Dabei muss berücksichtigt werden, dass die gauche-Formen einen Entropie-Vorteil von 1,7kJ/mol haben, da sie in zwei Rotationsisomeren auftreten. Die für bestimmte Werte des Diederwinkels entstehenden Konformere haben eigene Bezeichnungen:
| Winkel | Form | Explizite Bezeichnung | Kurzbezeichnung |
|---|---|---|---|
| α=0° | ekliptisch, verdeckt | syn-periplaner | cis |
| α=60° | gestaffelt | +)-synklinal | gauche |
| α=120° | ekliptisch, verdeckt | (+)-antiklinal | |
| α=180° | gestaffelt | antiperiplanar | trans/anti |
| α=240° | ekliptisch, verdeckt | (-)-antiklinal | |
| α=300° | gestaffelt | (-)-synklinal | gauche |
Die Formen mit α=60° respektive 300° sind Enantiomere. Ist die Rotationsbarriere zu hoch, sind die beiden sich ergebenden Formen nicht in der Lage durch Rotation ineinander überzugehen. Sie können dann unter Umständen einzeln isoliert werden. Dies wird im Fall von speziellen Binaphthylderivaten genutzt, um außerordentlich selektive Reagenzien zu gewinnen.
Im Falle, daß zwischen den Kohlenstoffatomen ein Doppelbindung existiert ist die Rotation stark eingeschränkt, da dazu ein Bindungsbruch erfolgen, müsste. Es sind nur zwei Winkel möglich a=180°(trans) und a=0° (cis) . Sind die beiden Substituenten sehr voluminös kann es in letzterem Fall aber zu Abweichungen von dem 0°-Winkel kommen.
Zur Bestimmung der Diederwinkel realer Verbindungen stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. Dazu gehören die Messung des Dipolmomentes, die Aufnahme von Elektronenbeugungsspektren die Messung von Kopplungskonstanten mittels NMR oder die Berechnung der optimalen Molekülgeometrie mit spezieller Computerprogramme.